工业机器人在铸件加工中的应用

于晓东 杨 宁 孙震礼

（安徽埃夫特智能装备有限公司，安徽 芜湖 241000）

工业机器人在铸件加工中的应用

于晓东 杨 宁 孙震礼

（安徽埃夫特智能装备有限公司，安徽 芜湖 241000）

针对缝纫机加工自动化生产需求，自主研发了ER50-C20工业机器人，实现了缝纫机头加工的机器人自动生产，提高了生产效率及产品质量。

工业机器人；缝纫机；柔性夹爪

多年来，在缝纫机头加工领域，生产自动化水平还停留在较低的层次，整个加工过程多采用人工进行缝纫机头上下料工作。随着人员成本不断上涨，加工出的产品利润率越来越低。采用人工进行上下料，危险度大、效率低、次品率高等问题一直困扰着生产厂家。为此，部分生产厂家开始使用机器人进行机头的上下料工作。机器人作为智能装备，具有精度高、稳定性好、柔性化高等特点。

以安徽埃夫特智能装备有限公司开发的ER50-C20工业机器人为应用对象，通过仿真软件，规划机器人工作轨迹路径，实现机器人搬运缝纫机头坯料进行机械加工的过程。结果显示，使用机器人进行上下料不但改善了产品质量，还减轻了员工的劳动强度，同时减低了对员工生产技能的要求。

一、机器人结构及参数

机器人主要由机械本体、驱动部分、计算机控制系统、传感系统、输入及输出系统接口几部分组成。该项目中使用的是埃夫特公司自主研发的ER50-C20机器人为6自由度串联机器人。主要参数见表1。

表1

二、项目工艺描述

1.工位叙述

工艺：铣上端面⇨钻工艺孔⇨铣侧面1⇨铣侧面2⇨铣侧面3⇨钻侧面工艺孔。以上共计6道工序18台机床。该项目中机器人末端采用柔性补偿器抓手，并附带气路单元、主站PLC等。

根据缝纫机加工工艺以及机床尺寸，该项目共计分为7个工位。第一工位为人工上料工位，主要进行拆垛以及输送。第二工位1台机器人服务4台机床，第三、四工位每台机器人各服务两台机床，第五六工位每台机

器人各服务4台机床。第七工位1台机器人服务两台机床，并将加工好的产品进行码垛。（工位间通过转料台转料。第一工位为输料台输送坯料。）整线采用PLC控制，profibus总线通信，平均上下料节拍25s。工位设备包括：输送料道、ER50-C20机器人，机器人用柔性抓手，按钮盒、PLC控制系统、安全防护。

2.末端执行机构－柔性抓手

根据项目工艺要求，该项目中需要采用柔性抓手，即抓手与机器人之间通过柔性补偿器连接。机器人将工件置于机床工位，由于机床加工要求工件定位精度为0.03mm，而机器人的重复定位精度仅为±0.15mm，无法满足精确定位要求。为此，在项目中引入柔性补偿机构，如工件与机床工装配合存在位置偏差，柔性补偿器将主动从不同角度对机器人进行补偿，减小工作定位销对机器人的硬接触力。通过使用柔性补偿器，不但可以避免机器人与机床工装硬接触导致的机器人过载，还可以减小机床工装上定位销的磨损，从而实现高精度产品的上下料工作。抓手柔性补偿器样图如图1所示。

图1 机器人抓手柔性补偿器

三、控制系统工作原理以及仿真。

1.系统控制逻辑图（图2）

图2 系统控制流程图

整个项目采用PLC作为主控单元，通过人机交互界面操作及监控机器人的状态，在进入自动状态下，只需操作按钮站就可实现生产线的启停。PLC通过控制独立的机器人系统以及机床系统进行协调作业。

先将电控系统上电，然后启动PLC控制机器人及机床进行自检。机床自检如发现故障则机床停止。此时机器人检测是否在等待工位，不在工位则停机。如机器人以及机床均在指定位置，则机器人、料道以及机床将进行协调作业。完成一次工作后，自动进入下一次循环。

2.工位仿真布局图

通过使用Delmia离线仿真软件，对现场机器人进行三维布局。从而验证机器人柔性抓手以及机器人之间是否存在干涉。同时根据仿真结果测算机器人工作节拍及确认机器人底座高度、各个机床摆放位置，并验证机器人可达范围，以保证机器人与机床之间的有效服务距离。详细仿真图如图3所示。

图3 机器人三维布局图

3.机器人示教

通过现场对机器人轨迹记录，位姿修改，IO信号设置，完成机器人之间的配合。经过初次调试后，优化机器人运动轨迹，删除部分多余运动轨迹点，缩短机器人信号通信时间，提高机器人工作效率。并通过设置机器人干涉区，消除机器人间以及机器人与机床的潜在碰撞危险，提高生产线稳定性。当两台机器人存在潜在碰撞危险时，第一台机器人优先发出进入干涉区信号，防止其他机器人进入潜在碰撞区。

四、结语

通过使用机器人进行缝纫机头上下料，不但可以降低员工劳动强度，还可以提高产量，并使产品一致性以及质量远远高于人工生产的产品。

[1] 郭继红．工业机器人技术[M]．西安电子科技大学．

[2] 张建民．工业机械人[M]．北京．北京理工大学出版社．

[3] 孙树栋．工业机器人技术基础[M]．西北工业大学出版社．

[4] 王广雄，何联．控制系统设计[M]．清华大学出版社．

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1671-0711（2014）08-0041-02

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